CN214822577U - 一种混合动力耦合系统及具有其的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合动力耦合系统及具有其的车辆，该混合动力耦合系统，包括发动机、第一离合器、输入轴、第一输出轴、输入齿轮、行星齿轮机构、制动器、第二离合器、发电机、驱动电机、第一传动齿轮组、第二输出轴、第二传动齿轮组及差速器；发动机通过所述第一离合器与所述输入轴相连，发电机与输入轴相连，第一输出轴上设置有输入齿轮，所述输入轴、所述制动器、所述第二离合器及所述输入齿轮均与行星齿轮机构相连；驱动电机通过第一传动齿轮组与第二输出轴相连，第一输出轴及第二输出轴均通过第二传动齿轮组与差速器相连。其优点在于：该混合动力机电耦合系统，提高了机电耦合系统的动力性和经济性。

Description

一种混合动力耦合系统及具有其的车辆

技术领域

本实用新型涉及汽车混合动力系统技术领域，特别是涉及一种混合动力耦合系统及具有其的车辆。

背景技术

动力系统包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动系统。它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。内燃机有一定的速度和扭矩范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态，这时或是油耗最小，或是有害排放最低，或是俩者皆然。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩。因此，实现内燃机的转速和扭矩最优，即动力最优状态，与驱动轮动力状态之匹配好，是变速器的首要任务。

目前市场上的变速器主要有有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器又细分为手动和自动两种。它们大多通过齿轮系或行星轮系不同的啮合排列来提供有限个离散的输出输入速比。两相邻速比之间驱动轮速度的调节则依靠内燃机的速度变化来实现。无级变速器，无论是机械式，液压式，或机-电式的，都能在一定速度范围内提供无限个连续可选用的速比，理论上说，驱动轮的速度变化完全可通过变速器来完成。这样，内燃机可以尽可能的工作在最佳速度范围内。同时无级变速器和有级变速器相比，具有调速平稳，能充分利用内燃机最大功率等诸多优点，因此，无级变速器多年来一直是各国工程师们研究的对象。

近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。电机串联混合系统中，内燃机-发电机-电动机-轴系-驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机-电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池，电容等联合使用时，该变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。

电机并联系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机一电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机-电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。

串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。但由于全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机-电，电-机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此，对电机的功率要求相对较低。整体系统的效率高。然而，此系统需两套独立的子系统，造价高。通常只用于弱混合系统。

前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种混合动力耦合系统及具有其的车辆，该混合动力耦合系统，提高了机电耦合系统的动力性和经济性。

本实用新型提供一种混合动力耦合系统，包括发动机、第一离合器、输入轴、输入齿轮、行星齿轮机构、制动器、第二离合器、发电机、驱动电机、第一传动齿轮组、第二输出轴、第二传动齿轮组及差速器；

所述发动机与所述输入轴相连，所述输入轴的另一端和所述发电机(200)相连，所述第一输出轴上设置有输入齿轮，所述输入轴、所述制动器、所述第二离合器及所述输入齿轮均与所述行星齿轮机构相连；所述制动器的一端连接到变速箱壳体，另一端连接到行星齿轮机构的太阳轮；

所述驱动电机通过所述第一传动齿轮组与所述第二输出轴相连，所述第一输出轴及所述第二输出轴均通过所述第二传动齿轮组与所述差速器相连。

进一步地，所述第二离合器的一端与太阳轮、行星架及齿圈三者的其中之一相连，所述第二离合器的另一端与所述太阳轮、行星架及齿圈三者的其中另一相连。

进一步地，所述第一传动齿轮组包括第一主动齿轮及第一从动齿轮，所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合，所述第一主动齿轮与所述驱动电机相连，所述第一从动齿轮与所述第二输出轴相连。

进一步地，所述混合动力电机耦合系统还包括第一动力接续装置，所述第一主动齿轮空套于所述驱动电机的输出轴上，所述第一从动齿轮与所述第二输出轴相连，所述第一动力接续装置控制所述驱动电机的输出轴与所述第一主动齿轮之间动力传输的断开与接续；

或所述第一主动齿轮与所述驱动电机相连，所述第一从动齿轮与所述第二输出轴相连，所述第一动力接续装置控制所述第一从动齿轮与所述第二输出轴之间动力的断开与接续。

进一步地，所述第一动力接续装置为第三离合器或同步器。

进一步地，所述第二传动齿轮组包括第二主动齿轮、第三主动齿轮及第二从动齿轮，所述第二主动齿轮设置于所述第一输出轴上，所述第三主动齿轮设置于所述第二输出轴上，所述第二从动齿轮设置于所述差速器上，所述第二主动齿轮及所述第三主动齿轮均与所述第二从动齿轮啮合。

进一步地，所述驱动电机与所述第一传动齿轮组之间设置有第四离合器。

进一步地，所述混合动力耦合系统还包括第四传动齿轮组，所述第四传动齿轮组包括第四主动齿轮及第四从动齿轮，所述第四主动齿轮设置于所述输入轴上，所述第四从动齿轮与所述发电机相连。

进一步地，所述混合动力耦合系统还包括第一离合器，所述第一离合器设置于所述发动机与所述输入轴的相连处。

一种车辆，包括上述中任意一项所述混合动力耦合系统。

本实用新型提供的混合动力耦合系统，可以实现两个档位的发动机直驱模式、一个档位的单电机纯电动模式、两个档位的发动机直接驱动模式、串联增程模式、两种混合动力驱动模式；此外，系统的发动机和发电机通过行星齿轮连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。

图2为本实用新型第二实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。

图3为本实用新型第三实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。

图4为本实用新型第四实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。

图5为本实用新型第五实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

100、发动机

11、第一离合器

12、输入轴

13、第一输出轴

14、输入齿轮

15、行星齿轮机构

151、太阳轮

152、行星轮

153、齿圈

154、行星架

16、制动器

17、第二离合器

200、发电机

21、第四传动齿轮组

211、第四主动齿轮

212、第四从动齿轮

300、驱动电机

31、第一传动齿轮组

311、第一主动齿轮

312、第一从动齿轮

32、第二输出轴

33、第二传动齿轮组

331、第二主动齿轮

332、第三主动齿轮

333、第二从动齿轮

34、差速器

35、第一动力接续装置

36、第四离合器

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

第一实施例

本实用新型的目的在于提供一种混合动力耦合系统及具有其的车辆，该混合动力耦合系统提高了机电耦合系统的动力性和经济性。

图1为本实用新型第一实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。请参照图1，本实用新型实施例提供的混合动力耦合系统，包括发动机100、输入轴12、第一输出轴13、输入齿轮14、行星齿轮机构15、制动器16、第二离合器17、发电机200、驱动电机300、第一传动齿轮组31、第二输出轴32、第二传动齿轮组33及差速器34；

如图1所示，发动机100与输入轴12相连，输入轴12的另一端和发电机200相连，第一输出轴13上设置有输入齿轮14，输入轴12、制动器16、第二离合器17及输入齿轮14均与行星齿轮机构15相连；制动器16的一端连接到变速箱壳体(图中未示出)，另一端连接到行星齿轮机构15的太阳轮151上。

驱动电机300通过第一传动齿轮组31与第二输出轴32相连，第一输出轴13及第二输出轴32均通过第二传动齿轮组33与差速器34相连。

如图1所示，进一步地，行星齿轮机构15包括太阳轮151、行星轮152、齿圈153及与行星轮152相连的行星架154，第二离合器17的一端与太阳轮151相连，第二离合器17的另一端与齿圈153相连。

本实用新型提供的混合动力耦合系统，可以实现两个档位的发动机直驱模式、一个档位的单电机纯电动模式、两个档位的双电机纯电动模式、增程模式、两种混合动力驱动模式；此外，系统的发动机100和发电机200通过行星齿轮机构15连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机200的体积。

可以理解地，太阳轮151、行星轮152、齿圈153及行星架154与第二离合器17的连接方式不限于上述的情况，只要是第二离合器17的一端与太阳轮151、行星架154及齿圈153三者的其中之一相连，第二离合器17的另一端与太阳轮151、行星架154及齿圈153三者的其中另一相连即可。

如图1所示，第一传动齿轮组31包括第一主动齿轮311及第一从动齿轮312，第一主动齿轮311与第一从动齿轮312啮合，第一主动齿轮311与驱动电机300相连，第一从动齿轮312与第二输出轴32相连。第二传动齿轮组33包括第二主动齿轮331、第三主动齿轮332及第二从动齿轮333，第二主动齿轮331设置于第一输出轴13上，第三主动齿轮332设置于第二输出轴32上，第二从动齿轮333设置于差速器34上，第二主动齿轮331及第三主动齿轮332均与第二从动齿轮333啮合。

以下结合第一实施例对各工作模式进行说明：

双电机纯电动一挡：

如图1所示，当车辆电池电量充足时候，整车可以以纯电动模式运行。此时，第二离合器17分离，制动器16结合，发动机100不工作，发电机200旋转带动输入轴12旋转，动力通过齿圈153传递到行星架154，然后通过行星架154传递到输入齿轮14，通过输入齿轮14带动第一输出轴13，第一输出轴13将动力传递到第二主动齿轮331，通过第二主动齿轮331将动力传递到第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端(图中未示出)。驱动电机300驱动第一主动齿轮311旋转，第一主动齿轮311将动力传给第一从动齿轮312，第一从动齿轮312通过第二输出轴32将动力传给第三主动齿轮332，第三主动齿轮332将动力传给第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。

双电机纯电动二挡：

如图1所示，当车辆电池电量充足时候，整车可以以纯电动模式运行。此时，第二离合器17结合，制动器16分离，发动机100不工作，发电机200旋转带动输入轴12旋转，输入轴12带动太阳轮151、行星架154及齿圈153的整体旋转，然后通过行星架154将动力传递到输入齿轮14，通过输入齿轮14带动第一输出轴13，第一输出轴13将动力传递到第二主动齿轮331，通过第二主动齿轮331将动力传递到第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。驱动电机300驱动第一主动齿轮311旋转，第一主动齿轮311将动力传给第一从动齿轮312，第一从动齿轮312通过第二输出轴32将动力传给第三主动齿轮332，第三主动齿轮332将动力传给第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。

单电机纯电模式：

如图1所示，当车辆电池电量充足时候，整车可以以纯电动模式运行。此时，第二离合器17分离、制动器16分离，发动机100及发电机200不工作，驱动电机300驱动第一主动齿轮311旋转，第一主动齿轮311将动力传给第一从动齿轮312，第一从动齿轮312通过第二输出轴32将动力传给第三主动齿轮332，第三主动齿轮332将动力传给第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。

混合驱动一挡模式：

如图1所示，第二离合器17分离、制动器16结合；发动机100旋转带动输入轴12旋转，动力通过齿圈153传递到行星架154，然后通过行星架154传递到输入齿轮14，通过输入齿轮14带动第一输出轴13，第一输出轴13将动力传递到第二主动齿轮331，通过第二主动齿轮331将动力传递到第二从动齿轮333。与此同时，驱动电机300驱动第一主动齿轮311旋转，第一主动齿轮311将动力传给第一从动齿轮312，第一从动齿轮312通过第二输出轴32将动力传给第三主动齿轮332，第三主动齿轮332将动力传给第二从动齿轮333，第二主动齿轮331及第三主动齿轮332的动力在第二从动齿轮333啮合，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。同时，发动机100驱动输入轴12旋转会带动发电机200旋转发电。

混合驱动二挡模式：

如图1所示，第二离合器17结合、制动器16分离；当第二离合器17结合时，太阳轮151、行星架154及齿圈153固连一体；发动机100旋转带动输入轴12旋转，输入轴12带动太阳轮151、行星架154及齿圈153的整体旋转，然后通过行星架154将动力传递到输入齿轮14，通过输入齿轮14带动第一输出轴13，第一输出轴13将动力传递到第二主动齿轮331，通过第二主动齿轮331将动力传递到第二从动齿轮333。驱动电机300驱动第一主动齿轮311旋转，第一主动齿轮311将动力传给第一从动齿轮312，第一从动齿轮312通过第二输出轴32将动力传给第三主动齿轮332，第三主动齿轮332将动力传给第二从动齿轮333，第二主动齿轮331及第三主动齿轮332的动力在第二从动齿轮333啮合，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。同时，发动机100驱动输入轴12旋转会带动发电机200旋转发电。

发动机单独驱动一挡模式：

如图1所示，第二离合器17分离、制动器16结合；发动机100旋转带动输入轴12旋转，动力通过齿圈153传递到行星架154，然后通过行星架154传递到输入齿轮14，通过输入齿轮14带动第一输出轴13，第一输出轴13将动力传递到第二主动齿轮331，通过第二主动齿轮331将动力传递到第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。

发动机单独驱动二挡模式：

如图1所示，第二离合器17结合、制动器16分离；当第二离合器17结合时，太阳轮151、行星架154及齿圈153固连一体；发动机100旋转带动输入轴12旋转，输入轴12带动太阳轮151、行星架154及齿圈153的整体旋转，然后通过行星架154将动力传递到输入齿轮14，通过输入齿轮14带动第一输出轴13，第一输出轴13将动力传递到第二主动齿轮331，通过第二主动齿轮331将动力传递到第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。

增程模式：

如图1所示，第二离合器17分离、制动器16分离；此时，发电机200发电并启动发动机100，发动机100驱动输入轴12旋转会带动发电机200旋转发电。此外，驱动电机300驱动第一主动齿轮311旋转，第一主动齿轮311将动力传给第一从动齿轮312，第一从动齿轮312通过第二输出轴32将动力传给第三主动齿轮332，第三主动齿轮332将动力传给第二从动齿轮333，第二从动齿轮333通过差速器34将动力传递至轮端。

综上，该系统发动机100和发电机200通过行星齿轮机构15连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积；发电机200发动机100轴通过一级齿轮升速降扭，可有效减小发电机200体积；在模式切换过程中，驱动电机300参与驱动，动力不存在动力中断；该系统可以覆盖HEV车型和PHEV车型，平台化好；该系统驱动电机300到差速器34前的速比与发动机100到差速器34前的速比不存在耦合关系，可针对发动机100及驱动电机300分别设置最优的速比。

第二实施例

图2为本实用新型第二实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。请参照图2，本实施例提供的混合动力耦合系统和第一实施例提供的混合动力耦合系统基本相同，不同之处在于混合动力耦合系统还包括第一动力接续装置35，第一动力接续装置35控制驱动电机300通过第一传动齿轮组31至第二输出轴32之间动力传输的断开与接续。

在本实施例中，第一主动齿轮311空套于驱动电机300的输出轴上，第一从动齿轮312与第二输出轴32相连，第一动力接续装置35控制驱动电机300的输出轴与第一主动齿轮311之间动力传输的断开与接续；

在其它实施例中，第一主动齿轮311与驱动电机300相连，第一从动齿轮312空套于第二输出轴32上，第一动力接续装置35控制第一从动齿轮312与第二输出轴32之间动力的断开与接续。

需要说明的是，第一动力接续装置35为第三离合器或同步器。

第三实施例

图3为本实用新型第三实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。请参照图3，本实施例提供的混合动力耦合系统和第一实施例提供的混合动力耦合系统基本相同，不同之处在于驱动电机300与第一传动齿轮组31之间设置有第四离合器36；具体的，驱动电机300和第一主动齿轮311之间安装有第四离合器36。

第四实施例

图4为本实用新型第四实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。请参照图4，本实施例提供的混合动力耦合系统和第一实施例提供的混合动力耦合系统基本相同，不同之处在于发电机200与齿圈153之间增加了一级齿轮传动。

如图4所示，混合动力耦合系统还包括第四传动齿轮组21，第四传动齿轮组21包括第四主动齿轮211及第四从动齿轮212，第四主动齿轮211设置于输入轴12上，第四从动齿轮212与发电机200相连。

第五实施例

图5为本实用新型第四实施例提供的混合动力耦合系统的结构示意图。请参照图5，本实施例提供的混合动力耦合系统和第一实施例提供的混合动力耦合系统基本相同，不同之处在于第一离合器11。

如图5所示，所述混合动力耦合系统还包括第一离合器11，第一离合器11设置于发动机100与输入轴12的相连处。

需要说明的是，本实用新型的混合动力耦合系统，通过控制第一离合器11的结合与断开，来控制发动机100是否参与驱动。当第一离合器11断开时，系统可以工作在纯电动模式；当第一离合器11结合时，系统可以工作在增程模式、混动模式、发动机直驱模式。

一种车辆，包括上述混合动力机电耦合系统。

基于上文的描述可知，本实用新型优点在于：

1、本实用新型的混合动力耦合系统，可以实现单电机纯电动模式、两个档位的发动机直接驱动模式、增程模式、两个档位的并联混动模式。

2、本实用新型的混合动力耦合系统，发动机和发电机通过行星齿轮连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积。

3、本实用新型的混合动力耦合系统，发电机与发动机之间通过第四传动齿轮组升速降扭，可有效减小发电机体积。

4、本实用新型的混合动力耦合系统，在模式切换过程中，驱动电机参与驱动，动力不存在动力中断。

5、本实用新型的混合动力耦合系统，可以覆盖HEV车型和PHEV车型，平台化好。

6、本实用新型的混合动力耦合系统，驱动电机到差速器前的速比与发动机到差速器前的速比不存在耦合关系，可针对发动机及驱动电机分别设置最优的速比。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种混合动力耦合系统，其特征在于：包括发动机(100)、输入轴(12)、第一输出轴(13)、输入齿轮(14)、行星齿轮机构(15)、制动器(16)、第二离合器(17)、发电机(200)、驱动电机(300)、第一传动齿轮组(31)、第二输出轴(32)、第二传动齿轮组(33)及差速器(34)；

所述发动机(100)与所述输入轴(12)相连，所述输入轴(12)的另一端和所述发电机(200)相连，所述第一输出轴(13)上设置有输入齿轮(14)，所述输入轴(12)、所述制动器(16)、所述第二离合器(17)及所述输入齿轮(14)均与所述行星齿轮机构(15)相连；所述制动器(16)的一端连接到变速箱壳体，另一端连接到行星齿轮机构(15)的太阳轮(151)；

所述驱动电机(300)通过所述第一传动齿轮组(31)与所述第二输出轴(32)相连，所述第一输出轴(13)及所述第二输出轴(32)均通过所述第二传动齿轮组(33)与所述差速器(34)相连。

2.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述第二离合器(17)的一端与太阳轮(151)、行星架(154)及齿圈(153)三者的其中之一相连，所述第二离合器(17)的另一端与所述太阳轮(151)、行星架(154)及齿圈(153)三者的其中另一相连。

3.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述第一传动齿轮组(31)包括第一主动齿轮(311)及第一从动齿轮(312)，所述第一主动齿轮(311)与所述第一从动齿轮(312)啮合，所述第一主动齿轮(311)与所述驱动电机(300)相连，所述第一从动齿轮(312)与所述第二输出轴(32)相连。

4.根据权利要求3所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述混合动力电机耦合系统还包括第一动力接续装置(35)，所述第一主动齿轮(311)空套于所述驱动电机(300)的输出轴上，所述第一从动齿轮(312)与所述第二输出轴(32)相连，所述第一动力接续装置(35)控制所述驱动电机(300)的输出轴与所述第一主动齿轮(311)之间动力传输的断开与接续；

或所述第一主动齿轮(311)与所述驱动电机(300)相连，所述第一从动齿轮(312)空套于所述第二输出轴(32)上，所述第一动力接续装置(35)控制所述第一从动齿轮(312)与所述第二输出轴(32)之间动力的断开与接续。

5.根据权利要求4所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述第一动力接续装置(35)为第三离合器或同步器。

6.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述第二传动齿轮组(33)包括第二主动齿轮(331)、第三主动齿轮(332)及第二从动齿轮(333)，所述第二主动齿轮(331)设置于所述第一输出轴(13)上，所述第三主动齿轮(332)设置于所述第二输出轴(32)上，所述第二从动齿轮(333)设置于所述差速器(34)上，所述第二主动齿轮(331)及所述第三主动齿轮(332)均与所述第二从动齿轮(333)啮合。

7.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述驱动电机(300)与所述第一传动齿轮组(31)之间设置有第四离合器(36)。

8.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述混合动力耦合系统还包括第四传动齿轮组(21)，所述第四传动齿轮组(21)包括第四主动齿轮(211)及第四从动齿轮(212)，所述第四主动齿轮(211)设置于所述输入轴(12)上，所述第四从动齿轮(212)与所述发电机(200)相连。

9.根据权利要求1所述的混合动力耦合系统，其特征在于：所述混合动力耦合系统还包括第一离合器(11)，所述第一离合器(11)设置于所述发动机(100)与所述输入轴(12)的相连处。

10.一种车辆，其特征在于：包括权利要求1-9中任意一项所述混合动力耦合系统。

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